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復合材料的新應用

2013-08-08

      一年一度的歐洲最大也是世界最大的復合材料展覽會JEC,四月份在法國巴黎落下帷幕。這個舉目關注的展會實際上是世界復合材料工業發展的縮影,通過展會可了解到復合材料工業的最新動向。今年展會的面積達四萬平方米,比去年擴大了25%,展示了65種具有創新意義的新產品、新技術,三天內觀眾達兩萬五千人次。展會同時舉辦了23場各類研討會。大會的宗旨是“協同努力共創復合材料的未來”。筆者觀察到2007年JEC的主要亮點是: ·突出創新的概念; ·突出高新技術的應用;如高性能碳纖維、高性能玻璃纖維、新工藝、新設備在各個領域的應用; ·突出環境保護的理念:強調減少能耗的技術及原材料,強調減輕裝備重量的技術及原材料,強調降低污染降低噪音的技術及原材料。 以下就展會上一些突出的新產品、新應用作一簡單報道。


      在醫學方面的應用方面 瑞士ICOTECH等公司開發了復合材料“頸椎板”,作為植入體替代原用的金屬材料植入體。因為金屬植入體會發生疲勞破壞且對核磁共振檢測的成像存在干擾。復合材料頸板是用連續碳纖維-PEEK(聚醚醚酮)制備的,有極佳的生物相容性及優異的抗疲勞性,射線可穿透性,在醫學應用方面特別是測試成像方面頗具價值。 巴西PAPQ公司聚酰胺基生物聚合物,采用植物油(如蓖麻油)為原料制備的這種聚合物用于骨科即骨的再植再造應用,它具有極佳的生物相容性并能產生促進新骨生成的兩種機制,該材料比現在應用 的任何其他材料的價格都低廉,并可減少術后并發癥。 英國TAT公司開發了碳纖維輪椅,三輪的輪椅,配置碳纖維的椅座,三軸設計使之非常穩定,可在凹凸不平的地面上順利行駛。座椅設計堅實、舒適。模壓成型,可在8秒內拆卸輪子,造型優美,無需傳統輪椅需用的金屬管框架。在汽車工業應用方面 德國ITV公司開發的環型纏繞技術,用于壓力容器制造。該項技術用于制備軸對稱的復合材料部件,環形纏繞頭上配置有標準的虹吸式樹脂注入單元,濕發纏繞,在整體纏繞路徑及全過程中幾乎無樹脂滴漏,樹脂消耗量減少,纏繞機成為清潔工作站,杜絕了有害垃圾的產生。該項新技術將用于批量生產纖維增強高壓容器,如用于未來汽車上的氫氣貯罐。

      意大利ATR公司制備的汽車發動機罩,為中空的整體部件,通體無一結點,造型美觀,具有高的機械性能并可承受高的工作溫度。蒸壓斧成型技術并結合預浸料及手糊工藝。采用兩種不同的環氧基樹脂基體,可滿足對部件的性能需求如剛性、耐熱性及外形等,采用新型夾層結構技術提高生產效率,可工業化生產,制造成本低。意大利某公司展出了旅宿賽車用拖車的結構件及內部部件,采用全新的概念來制備,即同時將兩個半模翻鑄后再組裝并鎖緊,得到的結構件尺寸為:長14米,高4米,寬3米。采用環氧乙烯基樹脂,ISO-NPG膠衣及多軸玻纖。PVC芯材夾層材料用于墻面及地面。采用樹脂滲注技術將所以的玻纖浸漬。該項工藝適合制備非傳統形狀的旅宿賽車用拖車,特別是在賽季,用于拖運賽車及摩托車。 澳大利亞ICEPALET公司展出的復合材料運貨車裝貨底盤,引起觀眾的矚目,他們采用模壓工藝一次成型。該底盤比木材底盤重量輕70%,耐磨性優良,使用壽命至少5年。高抗沖擊強度,高裝載能力,底盤上無釘子及尖角故操作安全。耐候性好,耐紫外線照射,于2006年投產。 當然,展會上有不少全復合材料的豪華轎車,令觀眾贊嘆不已。

      在飛機應用技術方面 美國HEXCEL公司等開發了新型的飛機發動機用隔音罩。當前在處理飛機發動機的噪音的技術方面,均需要在減噪部件的重量及其減噪效果方面反復權衡,然而飛機上不允許增加任何多余的重量。開發的此部件就是在沒有增加結構件重量的情況下,在很寬的聲頻范圍內大幅度提高減噪性能。這種隔音罩是將一個具有可滲透性的復合材料罩嵌裝在蜂窩芯體中從而構成一個聲學隔障,通過粘合劑將復合材料罩與蜂窩芯體相互粘結。隔音罩本身的減噪性能及其安裝的部位決定了其最終減噪的效果。此隔音罩的材料是柔性的,從而使其聲學隔障比傳統的剛性嵌入式的聲學隔障大的多。這項技術可提供給用戶進行推廣,即用戶可根據對減噪水平的具體實際要求及減噪的帶寬來設計其結構。此項技術也有可能應用在飛機發動機進氣管上。 加拿大MARQUEZ等公司開發了飛機用復合材料空氣進氣管,這種用連續玻纖及熱塑性樹脂制備的復合材料管,質輕,100%阻燃。先用熱成型方法制備聚醚亞胺-玻纖片材,再成型制備成管材,材料為柔性,可成型至所需形狀而不產生裂紋。該產品于2006年用于波音飛機及投彈手飛機。 美國STARFIRE SYSTEM公司開發了碳化硅陶瓷剎車用回轉轉子,既采用新型陶瓷基復合材料轉子替代原有的剎車器的金屬轉子,改善其摩擦性能,減輕其重量,大大改善了加速及剎車性能,降低了燃油消耗,不受環境溫度及濕度的影響,減少剎車系統的重量,提高了耐久性。 在展會上展出了EADS的A400M運輸機復合材料出貨艙門,它安裝在機艙身的加壓部位,可承受極高的物理載荷,尺寸為6.5米x 4米,是世界上應用在飛機上的最大的復合材料部件。真空輔助加壓成型,采用大量預成型件,噴注、固化一次完成,共3000個結點,不需昂貴的蒸壓斧,在工業控溫爐內進行固化,縮短生產周期。

     造船工業方面 法國DJP等展出了用于大型船舶發動機的復合材料水壓控制裝置,它由一個閥體及一個可分成兩部分的導管所組成。該裝置的重量僅為傳統的鋼或鑄鐵的 1/7-1/8 且具有更高的機械性能及抗震性能。采用一次成型工藝,無需再次組裝或粘結,使用壽命長,耐腐蝕,成本低廉。 加拿大EPDM公司示出了復合材料人力潛水艇,即復合材料殼體的人力潛水艇。采用玻纖/乙烯基樹脂夾層結構,手糊工藝制備。整體結構為輕型并具有更高的機械強度。這種產品比標準的金屬產品具有更佳的上浮力。運動及娛樂應用方面 有法國SALOMON公司示出的100%碳纖維自行車輪,可在工業化生產條件下批量生產,生產周期短,交貨迅速(15天,而通常需4-6月),一次性成型,生產成本低。


      地面交通方面 APATECH等公司開發了鐵路軌道排水用復合材料排水溝, 此項發明用于排除鐵路及高速公路上的雨水及洪水,用玻纖-聚酯采用手糊工藝及模壓技術制備復合材料排水溝,其重量僅為傳統的增強混凝土排水溝重量的 1/12-1/15。安裝時無需重型機械,費用降低30%,使用壽命50-70年,混凝土為20年。法國SE公司等粉末狀物料產品貯罐, 該貯罐直徑3.5米,長12米,容積65立方米,空罐重量1200kg。采用高強碳纖維/玻纖織物增強乙烯基樹脂,纏繞工藝。該貯罐符合歐洲運輸法規,替代金屬貯罐,比相同容積的金屬鋁貯罐重量減輕20-30%,有效荷載增加,降低運輸成本。抗腐蝕性優良,抗真空性能提高10倍以上,在采用氣動卸載時此優點非常突出。

     法國NANOLODGE公司示出了碳滑雪杖,即 采用碳納米管增強環氧樹脂制備的滑雪杖,重量輕、柔性好、抗沖擊強度高,可進行批量生產,滿足市場需求。英國ROCAT等公司開發了手劃雙體船復合材料外殼,即在閉模中成型整體的雙體船復合材料外殼,在模型內鋪放多層玻纖織物,通過管狀膨脹袋在模腔內膨脹使之成型,再滲入樹脂獲得層狀結構件。因整體成型殼結構無需組裝或粘結,該項技術可減輕船體重量,改進其安全性。已生產出首批三條雙體劃艇。

      值得指出的是,中國派出了包括巨石集團、泰山集團、重慶玻纖三大玻纖巨頭為首的有41家展商的龐大的中國國家隊參加了此次展會,表明中國復合材料企業對國際重大商事的參與能力及競爭能力已大大提高.

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